高中物理 第十三章 4 实验：用双缝干涉测量光的波长教材梳理教案 新人教版选修3-4.doc

实验：用双缝干涉测量光的波长疱丁巧解牛知识巧学一、实验原理 如图13-3-1所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略.两缝s1、s2的连线的中垂线与屏的交点为p0，双缝到屏的距离op0=l.图13-3-1 我们考察屏上与p0的距离为x的一点p1，两缝与p1的距离分别为p1s1=r1、p1s2=r2.在线段p1s2上作p1m=p1s1，于是s2m=r2-r1 ，由于两缝之间的距离远远小于缝到屏的距离，所以可近似认为三角形s1s2m是直角三角形，根据三角函数的关系，有r2-r1=dsin 另一方面x=ltanlsin 因此有r2-r1=d 根据上一节的分析，当两列波的路程差为波长的整数倍，即d=k，（k=0，1，2，）时才会出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为x=k 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是x= 据双缝干涉中条纹间距x=得波长=x，已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离l和条纹间距x，就可以求得光波的波长.二、实验器材 光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及光具座. 三、实验步骤1.按照图13-3-2所示的装置安装好仪器，调整光源位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏.图13-3-22.放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样.3.在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样.4.用米尺测出双缝到屏的距离l，用测量头测出相邻的两条亮（或暗）纹间的距离x.深化升华 某种颜色的滤光片只能让此种颜色的光通过，其他颜色的光不能通过.学法一得 条纹间距测量方法.如图13-3-3测量头由分划板、目镜、手轮等构成.转动手轮，分划板会左右移动，测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心，记下此时手轮上的读数，然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数。两次读数之差就表示这两条条纹间的距离.实际测量，要数n条明纹（或暗纹）的宽度，设为a，那么x=a/（n-1）.图13-3-35.利用表达式=x求单色光的波长.6.换用不同颜色的滤光片，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长.四、注意事项1.放置单缝和双缝时，必须使缝平行;2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上;3.测量头的中心刻线要对应着亮（或暗）纹的中心;4.先测出n条亮（或暗）纹中心间的距离a，则相邻亮（或暗）条纹间的距离x=a/（n-1）.典题热题知识点一 利用双缝干涉测量波长的实验例1如图13-3-4所示是实验装置示意图，甲图是用绿光进行实验的，光屏上观察到的条纹情况，a为中央明纹；乙图为换另一种颜色的单色光进行实验时观察到的条纹情况，b为此时中央明条纹，则下列说法正确的是( )图13-3-4a.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长b.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长c.乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短d.乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短解析：在同一实验装置下，l、d相同，由x=可知，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间的距离x与成正比.由题意知乙中b大于甲中a，所以乙图所用光的波长要长，而对于可见光红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，波长依次变短，由此可知可能是红光而不是紫光.a选项正确.答案：a方法归纳 明确条纹间距公式x=中各物理量的意义，通过实验观察和理论总结理解条纹间距与波长成正比关系，是解决本题的关键.例2如图13-3-5所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图.图13-3-5（1）图中是光源，是光屏，它们之间的依次是、和.（2）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离（ ）a.增大和之间的距离b.增大和之间的距离c.将红色滤光片改为绿色滤光片d.增大双缝之间的距离解析：在光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头.由x=可知，相邻两条纹间距离与双缝间的距离成反比，应减小双缝之间的距离，d选项错，增大双缝到屏之间的距离，b选项正确，增大光的波长，c选项错误.答案：（1）滤光片 单缝 双缝 （2）b方法归纳 掌握光的干涉测波长的实验原理，熟悉实验步骤，正确运用公式计算光的波长.知识点二 条纹间距、双缝间距、缝屏间距、波长的关系例3在用单色光做双缝干涉实验中，屏中央（到两缝距离相等处）是亮条纹，称为第零级亮条纹，紧靠中央亮纹的暗纹称为第一级暗纹，那么（ ）a.第三级暗纹到两缝距离差为波长的1.5倍b.第三级亮纹到两缝距离差为波长的1.5倍c.第三级亮纹到两缝距离之差为波长的2倍d.第三级亮纹到两缝距离差为波长的3倍解析：根据出现明暗条纹的条件：当|s2p-s1p|=n时，在屏上p点出现亮条纹.n=0时，在屏中央出现第零级亮纹，n=1时，在屏上出现第一级亮纹. 以此类推，|s2p-s1p|=(2n-1)在屏上出现暗条纹.n=1时，在屏上出现第一级暗纹，n=2时，在屏上出现第二级暗纹. 以此类推，根据以上所述，答案应选d.答案：d误区警示 本题只需掌握出现明、暗条纹的条件及出现第几级明（暗）纹时，n就是几.易错点是切不可把|s2p-s1p|=(2n-1)记作|s2p-s1p|=(2n+1).例4用单色光照射双缝，双缝间距等于0.06 cm，缝到屏的距离为1.5 m，若测得屏上7条亮条纹之间共相距9.0 mm，则此单色光的波长是多少？解析：先通过已知条件得出两个相邻条纹间距x，然后利用公式=x进行计算.答案：两个相邻条纹间距x=9.0 mm/（7-1）=9.0 mm/6=1.510-3 m 用x=1.510-3 m及双缝间距d=0.06 cm=610-4 m，缝到屏的距离l=1.5 m 代入=x可得：=610-7 m.误区警示 容易犯的错误是：两个相邻条纹间距x=9.0 mm/7，错误的原因是没搞清楚条纹数和间距数的关系.问题探究方案设计探究问题 除了采用以上的方法测光的波长，还可以用光传感器做双缝干涉实验，光传感器测量波长的原理是什么呢？探究过程：用光传感器可以方便、直观地演示双缝干涉现象.如图13-3-6所示，光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器，这个实验是自上而下的.光传感器是一个小盒，在图中白色狭长矩形部分，沿矩形的长边分布着许多光敏单元.这个传感器中各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在荧光屏上显示出来.在荧光屏显示的干涉图象上移动鼠标，可以得到条纹间距，从而算出光的波长.与双缝干涉实验仪相比，这种方法